[发明专利]三轴数字闭环光纤陀螺分时调制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三轴数字闭环光纤陀螺分时调制方法。

背景技术

光纤陀螺是一种新型的角速率传感器，与机械陀螺相比，具有全固态、对重力不敏感、启动快等优点；与环形激光陀螺相比，无高电压电源、无机械抖动；另外，还具有重量轻、寿命长、成本低的优势。在航空、航天、航海等军用领域及地质、石油勘探等民用领域具有广阔的应用前景。目前的典型结构形式为：以三个独立的单轴光纤陀螺子系统来实现对三个正交的空间坐标系的旋转轴角速度或位置进行测量，每个光纤陀螺子系统都包括一个光源、一个光电探测器和一个处理电路。随着应用领域需要的发展，目前对光纤陀螺体积和重量的提出了更高的要求。同时在很多应用领域都涉及三维测量，因此，轻小型三轴陀螺的研究引起了国际上广泛的关注。

公开号CN 1657876A中详细说明了一种三轴一体光纤陀螺，其中，光路电路如图4所示，图中陀螺每一轴的采用独立的电路控制，势必增大了陀螺的体积。

发明内容

本发明的目的是提出一种三轴数字闭环光纤陀螺分时调制方法，该分时调制方法解决了现有三轴光纤陀螺需要三路电路进行信号的处理方式，改为采用三轴光纤陀螺共用一路电路进行分时调制处理；对三轴光纤陀螺的控制通过在检测电路的输出端连接一开关实现三路信息的选择控制。该方案通过分时的方式实现对三轴数字闭环光纤陀螺调制。

在本发明中，三轴数字闭环光纤陀螺分时调制方案采用一个光源、一个探测器、一个耦合器、三个相位调制器、三个光纤环、一个选通开关，以及同时共用一套信号处理电路。具体实现方法是：在X轴时间T_x内，选通X轴进行调制，Y轴、Z轴不调制；在Y轴时间T_y内，选通Y轴进行调制，X轴、Z轴不调制；在Z轴时间T_z内，选通Z轴进行调制，X轴、Y轴不调制。

本发明三轴数字闭环光纤陀螺分时调制方法的优点在于：(1)、采用一个选通开关(TPS2043)对三个轴进行选通的分时调制方案，使得在选定时刻150～200μs只有一个被选通调制的轴(X轴、或Y轴、或Z轴)处于工作状态，避免了这三轴之间的串扰。解决了现有三轴光纤陀螺需要三路电路进行信号的处理方式，改为只需要一套电路。(2)、对每个轴的调制不需要准确到三分之一个周期，因此不需要要求光纤环的长度完全相同，降低了光纤环绕制难度。(3)、通过采用一路电路进行信号控制，有效地减小了三轴光纤陀螺体积满足小型化的要求，在不同程度上降低系统成本。三轴数字闭环光纤陀螺对于减小系统质量、降低功耗、利于散热、以及提高重复性等方面都有一定好处。

附图说明

图1是本发明的结构框图。

图2是本发明的信号选通控制流程图。

图3是本发明分时调制的时序图。

图4是现有三轴一体光纤陀螺的结构框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。

在公开号CN 1657876A中，公开的三轴一体光纤陀螺，本发明与之不同之处在于采用一个光源、一个探测器、耦合器、一个选通开关以及处理器中增加的调制时序控制单元对三轴数字闭环光纤陀螺进行分时调制，实现了三轴共用一套信号处理电路，有效地改善了三轴一体光纤陀螺的体积、重量，使得光纤陀螺向小型化发展。

请参见图1所示，本发明的三轴数字闭环光纤陀螺包括有光源、探测器、耦合器、信号处理电路、选通开关、X轴相位调制器、X轴光纤环、Y轴相位调制器、Y轴光纤环、Z轴相位调制器、Z轴光纤环；耦合器分别与光源、探测器、X轴相位调制器的入纤、Y轴相位调制器的入纤和Z轴相位调制器的入纤连接，X轴相位调制器的尾纤、Y轴相位调制器的尾纤和Z轴相位调制器的尾纤分别与选通开关的上的三个端子连接。

在本发明中，信号处理电路至少包括处理器(FPGA)、信号转换电路(前放电路+A/D转换器+D/A转换器)、调制器驱动电路(驱动电路)，在选通开关闭合某一轴(X轴、Y轴、Z轴)后，探测器输出光强电压信号给前放电路，所述光强电压信号经前放电路、A/D转换器后输出给处理器，处理器对接收的光强电压信号进行X轴、Y轴、Z轴信号处理判断后，输出相位补偿电压信号经D/A转换器、驱动电路后作用在各自轴的相位调制器上，从而实现一套信号处理电路对三轴进行控制。